考点一：电能和电功

【备考方略】

电功的测量：电能表。

1.电能表：是测量用户用电器在某一段时间内所做电功（某一段时间内消耗电能）的仪器。

2.电能表上“220V、5A、3000R/kW·h”等字样，分别表示：电能表额定电压是220V；允许通过的最大电流是5A；每消耗一度电电能表转盘转3000转。

3.读数时：①最后一位有红色标记的数字表示小数点后一位；②电能表前后两次读数之差，就是这段时间内用电的度数。

电能表的应用

根据电能表的转数可以求出通过家用电器的电流在某段时间内做的功，或消耗的电能。在计算时通常有两种方法：

1.先根据每 kW·h的转数求出表盘转一转所消耗的电能，再看表盘在一段时间内转了多少转，用上面两个数据相乘，所得乘积就是用电器在这段时间内消耗的电能；

2.由于电能表的转盘的转数与电流做的功(或消耗的电能)成正比，因此可以先统一单位，然后列出比例式，再求解答案。

电能表的铭牌

电能表铭牌的意义（如图）：“220V”—表示电能表应该在220V的电路中使用；

“10（20A）”—表示这个电能表的标定电流为10A，额定最大电流为20A（此处20A不是短时间内允许通过最大电流而是额定最大电流）；

“50Hz”—表示它在50赫的交流电路中使用；“600r/kW·h”—表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1千瓦时的电能，电能表上的转盘转过600转。

根据电能表转盘转动的转数进行计算：如果电能表标有“:600r/kW·h”，当转盘转过n圈时，消耗的电能为W=nr/600r×kW·h=n/600×3.6×10⁶J。

【经典例题】假期小明一家要出门旅游，出发前家里只有一台额定功率为200W的冰箱正常工作，其它用电器都已关闭。小明看到家里电能表的示数为2021.6kW·h，过了7天小明回到家再次查看电能表的示数如图所示。下列有关说法正确的是（　　）。

A．这段时间冰箱消耗的电能是7kW·h；

B．冰箱每天平均工作的时间为0.5h；

C．冰箱正常工作1min电能表的转盘转过12转；

D．再有其它家电和冰箱一同正常工作时，电能表转盘的转速不变

【举一反三】

1．如图所示的电能表的读数是______kW·h；若该电能表的表盘转了360转，则此时的用电器消耗了______kW·h的电能。

2．如图是小军家的电能表，让“220V   1200W”的用电器单独正常工作5min，发现电能表的转盘转过200r，此用电器消耗的电能为______ J ， 电能表的示数变为______kW·h。每消耗1kW·h的电能，该电能表转盘转______r。

3．如图甲是某电热水壶的电路图，铭牌如图乙。R为加热器，温控器S是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，加热器加热。当水沸腾后，S会自动断开进入保温状态，从而实现了自动温度开关控制（设加热器电阻阻值一定）。[已知:水的比热容c=4.210³J/（kg·℃），1L=10^-3m³]。求：

（1）该电热水壶正常加热工作时，其加热器的阻值是多少？

（2）该电热水壶正常加热工作时，对加热器通电10s产生的热量是多少？

（3）将电热水壶装满初温为25℃的水加热到75℃，水吸收的热量是多少?

（4）用如图丙所示的电能表单独测量该电热水壶消耗的电能，实际加热时。3min电能表中间的铝质圆盘转动了24转，此时电路消耗的实际功率是多少?

考点二：电功率

【备考方略】

1.额定功率

（1）某灯泡上标有“PZ220V-25”字样分别表示：普通照明，额定电压（用电器正常工作时的电压）220V，额定功率（用电器在额定电压下的功率）25W的灯泡。

（2）已知U_额、P_额，①可根据公式I_额=P_额/U_额计算出该灯的额定电流；②可根据公式R=U2额/R额，计算出该灯的电阻。

（3）灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率大小：  

①当U_实=U_额时，P_实=P_额灯正常发光；

②当U_实＜U_额 时，P_实＜P_额灯光暗淡；

③当U_实> U_额时，P_实>P_额灯发光强烈。

（4）已知U_额、P_额、U_实，可根据公式P实=（U实/U额）2P额，由该式可知，当实际电压变为额定电压的1/n时，实际功率就变为额定功率的1/n²。

（5）灯L₁“220V、100W”，灯L₂“220V、25W”相比较而言，L₁灯丝粗短，L₂灯丝细长。

2.额定功率与实际功率

【经典例题】如图所示，电源电压恒为6V，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~3V，定值电阻的阻值为10Ω，滑动变阻器的规格为“20Ω 0.5A”。闭合开关S，在确保电路安全的前提下，移动滑动变阻器的滑片P，下列说法中正确的是（　　）。

A．电路消耗的最大总功率为3W；

B．电流表示数的变化范围为0.2A~0.5A；

C．滑动变阻器接入电路的最小阻值为2Ω；

D．电阻消耗的最大功率为0.9W

【举一反三】

1.如图甲所示电路，电源电压恒定不变，R₀为定值电阻、R为电阻箱，调整电阻箱R的电阻值。电流表示数I的倒数与电阻箱阻值R的关系如图乙所示，以下说法中正确的是（　　）。

A．电源电压为3.6V；

B．通过R₀的最大电流为2A；

C．调整电阻箱R的阻值，则R的最大功率为0.75W；

D．调整电阻箱R的阻值，则R₀的最大功率为0.48W

考点三：测量小灯泡的电功率

【备考方略】

1.测量小灯泡的电功率实验注意事项

（1）电源电压应高于灯泡的额定电压；滑动变阻器允许通过的最大电流要大于小灯泡的正常工作电流，滑动变阻器的最大阻值应与小灯泡的电阻差不多，这样会使滑动变阻器的调压效果明显。

（2）连接电路时，电压表的量程要参照小灯泡的额定电压来选择，电流表的量程应根据灯泡的额定电流来选择，如果灯泡的额定电压或电流位置，则要采用试触的方法判断。

（3）连接电路时，开关要断开，防止由于电路连接错误而发生短路，损坏电流表。

（4）闭合开关前，要将滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置，以防止电路中电流过大，其保护电路作用。

（5）调节小灯泡两端的电压高于额定电压时要注意缓慢调节滑动变阻器的滑片，实际电压不能超过额定电压的1.2倍，同时通电时间不能过长，否则容易烧坏小灯泡。

注意：伏安法测小灯泡电功率与伏安法测电阻阻值的异同。

相同点：①实验电路基本相同，可采用同一电路；②实验方法相同，都是伏安法；③测量的物理量相同，都测量电流I和电压U。

不同点：①实验原理不同，测小灯泡电功率的实验原理P=UI，测电阻阻值的实验原理是R=U/I；②数据处理方式不同，测电阻阻值时需要多次测量，最后求平均值以减小实验误差，而测小灯泡电功率时也需要多次测量，但不能用来求平均值，而是寻找不同电压下的电功率有什么规律。

2.测量小灯泡电功率实验常见电路故障分析

3.测量小灯泡的电功率实验常见考向考查内容

【经典例题】为了测量小灯泡的电功率及观察小灯泡的亮度变化情况，某小组选用了一只额定电压为3.8V的小灯泡，他们准备进行三次测量，加在小灯泡两端的电压分别为3.8V、4.5V和3V，连接的实物电路图如图所示。

（1）开始实验后，闭合开关，向左移动滑动变阻器的滑片时，发现小灯泡的亮度____________（选填“变亮”、“变暗”或“不变”），电流表的示数____________，电压表的示数____________（后两个空均选填“变大”、“变小”或“不变”）；

（2）小组成员根据观察到的现象检查发现有一根导线连接错误，请在错误的导线上画“×”，用笔画线代替导线画出正确的连线_______；

（3）正确连接电路后开始实验，实验所测数据如上表所示，则小灯泡的额定功率为____________W；

（4）根据上表的实验数据以及小灯泡的发光情况，你有什么发现_______?

【举一反三】

1．小刚在实验室利用图甲所示的实验装置测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率（电源电压恒定）实验步骤如下：

（1）开关闭合前，应将滑片移到变阻器的______（填“最左”或“最右”）端。

（2）闭合开关，移动变阻器的滑片，电流表有示数而电压表没有示数，故障的原因可能是小灯泡_______（选填“短路”或“断路”）。

（3）排除故障后，移动变阻器的滑片到某一位置时，电压表的示数为1V，此时应将变阻器的滑片向_______（选填“左”或“右”）动，直到电压表的示数为2.5V时为止，此时电流表的示数如图乙所示，则电流值为_______A，小灯泡的额定功率为______W。

（4）根据实验数据绘制的通过小灯泡的电流随其两端电压变化的图像，如图丙所示，该图像不是直线的原因是______。实验中小灯泡随着它两端电压的增大而逐渐变亮，是因为小灯泡的亮度是由它的______决定的。

（5）小刚又设计了如图丁所示的电路，测出了标有额定电流为0.3A的小灯泡的额定功率。电源电压恒定，变阻器R₁的最大阻值为10Ω，实验操作如下：

①闭合S₁，断开S₂，移动变阻器R₁的滑片，使电流表的示数为0.3A；②闭合S₂，断开S₁，保持变阻器R₁的滑片位置不动移动变阻器R₂的滑片，使电流表的示数仍为0.3A；③________，将变阻器R₁的滑片移到最左端，电流表的示数为0.6A，再将变阻器R₁的滑片移到最右端，电流表的示数为0.2A；④小灯泡的额定功率为______W。

考点四：焦耳定律

【备考方略】1.焦耳定律：电流通过导体所产生的热量和导体的电阻成正比，和通过导体的电流的平方成正比，和通电时间成正比。

焦耳定律公式：Q=I2Rt。其中Q指热量，单位是焦耳(J)，I指电流，单位是安培(A)，R指电阻，单位是欧姆(Ω)，t指时间，单位是秒(s)，以上单位全部用国际单位制中的单位。

从焦耳定律公式可知，电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比、跟导体的电阻成正比、跟通电时间成正比。若电流做的功全部用来产生热量。即W=UIt。根据欧姆定律，有W=I²Rt。

2.需要说明的是W=U2t/R是从欧姆定律推导出来的，只能在电流所做功将电能全部转化为热能的条件下才成立(纯电阻电路)。例如对电炉、电烙铁这类用电器，这两公式和焦耳定律才是等效的。

使用焦耳定律公式进行计算时，公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路，与欧姆定律使用时的对应关系相同。当题目中出现几个物理量时，应将它们加上角码，以示区别。

注意:W=Pt=UIt适用于所有电路，而W=U2t/R只用于纯电阻电路(全部用于发热)。

3.在串联电路中，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比。

在并联电路中，由于导体两端的电压相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。

4.电热与电流关系

（1）设计电路图，如图（控制电流和通电时间相同）；设计实验数据记录表格。

（2）检查两个U形管中液柱的高度是否相平，如果不相平，则需要进行调整。把两个密闭容器中的电阻丝串联。

（3）断开开关，根据电路图连接实物，如图。检查电路，把滑动变阻器滑片P移到阻值最大端。

（4）闭合开关，调节滑片P到达某位置，读出此时电流的大小（要使缩短实验时间，电流可适当大一些），此时电流表的示数等于电阻R₁中电流大小，电阻R₂中的电流等于电流表读数的一半。

（5）观察两U形管中液柱高度的变化，把实验数据填入表中。

整理实验器材，实验完毕

（6）分析论证

在研究电热与电阻关系的实验中，利用两个电阻串联的电流相等，与电阻大的密闭容器中的U形管中液面高，说明容器内空气受热膨胀较大，温度更高，电流通过电阻产生热量多。即在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。

在研究电流与电流关系的实验中，在电阻R₂两端再并联一个相同的电阻，并联分电流，所以R₂的电流就是干路R₁电流的一半。分析实验数据，电阻R₁所在容器液柱上升的较高，说明R₁放出热量较多。在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过电阻产生热量越多。

电热与通电时间的关系可以通过实验过程体现出来，对于某一个电阻丝所在容器，通电时间越长，液柱上升的越高，说明通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多，没有必要再单独通过实验来探究。

通过本次实验可以得出电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关。电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多。

（7）在设计电路时要利用控制变量的思想，电流、电阻和通电时间都能影响电热的大小，在探究其中一个物理量时，要控制其它量相同。在探究电热与电阻关系时，要控制电流相同，结合串、并联电路的特点，利用串联电路电流相等，所以把两个阻值不同的电阻串联进行实验。在探究电热与电流关系时，要控制电阻一定，电流不同，对于阻值相同的电阻，电流不同，只有让电阻两端电压不同，所以采用了另一个相同电阻与其中一个并联，把这两个电阻并联看作是一个整体。

在连接电路时开关要断开，开关闭合前要检查电路，滑动变阻器的滑片P要移到阻值最大端；实验中要缩短时间，可以使电路中的电流稍大一些，还要注意U形管中液体的量，气体热胀冷缩较大，液柱不要溢出U形管。

（8）本实验是利用空气的热胀冷缩的性质来反映电流通过电阻产生热量的多少，现象比较明显，测量方便。实验中也可以利用电阻丝加热液体（如煤油等），通过液体温度上升的数值来比较放出热量多少。

（9）本实验只是探究电流通过导体产生热量与电流、电阻和通电时间的关系，由于受到实验条件和学生思维层次水平限制，只能得到一个定性的关系，无法得出它们之间的数值关系。焦耳定律的得出是在大量实验基础上确定出来的。

【经典例题】如图甲是一款可调温果汁加热鼎，图乙是其简化电路图。R₁，R₂均为加热电阻，当开关接1时，加热鼎处于保温挡。保温功率为275W。当开关接2时，加热鼎处于可调温挡，可调功率范围为275W-1100W。[果汁比热容取4.0×10³J/（kg·℃）]求：

（1）加热鼎最大功率时电路中的电流；

（2）滑动变阻器R₁的最大阻值；

（3）不计热量损失，加热鼎用最大功率对1kg果汁加热2min，果汁升高的温度。

【举一反三】

1．如图所示的自制便携式封口机，使用电压为3V的电源，接通电路发热电阻温度升高，利用电流的______实现高温封口。阻值为1Ω的发热电阻10s内产生______J的热量。封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值更______（填“大”或“小”）的。

2．如图是焦耳定律的实验装置，其中R₁=5Ω，R₂=R₃=10Ω。只闭合S₁可以探究电流产生热量与______的关系，若电路中的电流为0.1A，通电10min电阻R₁产生的热量为______J。闭合S₁和S₂，通过R₁的电流是R₂的2倍，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，这说明______（填“电流”或“电阻”）对产生热量多少影响更大。

3．图甲是某款具有加热和保温双重功能的暖奶器的简化电路图，其加热效率为80%。图乙是暖奶器某次工作时电流随时间变化的图像。[最适合宝宝饮用的牛奶温度是40°C，c_牛奶=4.0×10³J/(kg·°C)]求：

（1）电阻R₂的阻值是多少；

（2）加热过程电路消耗的电能是多少；这些电能可将多少千克牛奶从20°C加热到40°C。